钱凯 马广团 张凡 薛顺达

摘  要：为解决汽车车内低中频噪声对驾驶员及乘客的乘坐舒适性问题，以某SUV汽车作为研究对象，以等效辐射声功率（ERP）理论为基础，利用有限元数值仿真技术，分析在Trim Body（TB）车身硬点连接处施加三向振动加速度进行模态频率响应分析，根据车身ERP的响应，在车身前围板、前地板、后地板、后轮罩及车身顶盖，合理的布置阻尼贴片。最后，通过对比有无阻尼贴片状态下的驾驶员及后排乘客的辐射声功率及噪声传递函数（NTF），分析结果表明：增加阻尼贴片的辐射声功率在200-400Hz最大能降低4dB（A），同时NTF较优化前在100Hz-300Hz有3-5dB的降低，在300-400Hz有最大将近10dB的降幅，优化效果较为理想，为解决车内噪声中低频声品质问题提供了优化思路及方向。

关键词：等效辐射声功率;模态频率响应;噪声传递函数;声品质

中图分类号：U463.1      文献标识码：A     文章编号：1005-2550（2020）03-0041-07

Abstract： In order to solve the drivers and passengers comfort problems of low-middle noise in vehicles， a SUV vehicle was taken as the research object， and the equivalent radiation acoustic power （ERP） theory was used as the basis to analyze the finite element numerical simulation technology. Forced modal frequency response analysis is performed by applying a three-positions vibration excitation at the hard points which connection of the Trim Body （TB） body. According to the response of the body ERP， Reasonable layout of damping patches in the front panel， front floor， rear floor， rear wheel cover， and roof cover. Finally， with the damp patches， between the 200-400Hz， the ERP values have about 5 dB（A） reduced， at the same， by comparing the noise transfer function （NTF） of the driver and rear passengers， the optimization schemes show that， NTF result with damp patches is reduced by 3-5dB from 100Hz to 300Hz， and about 10dB drop between 300-400Hz， and the optimization schemes are useful. It have provides optimization schemes for solving those problems of low-middle frequency sound quality in interior noise.

1    引言

目前随着电动汽车在国内的迅速发展，在满足电动车的续航能力及整车开发成本的前提下，车内噪声问题直接影响着产品的竞争力。在整车开发后期，整车模具及工艺基本确定的状态下，如何在保证整车轻量化及续航的前提下，如何降低车内的中低频噪声问题已至关重要。

南车电力机车刘厚林利用辐射声功率技术，对城轨车辆的结构进行起筋及铺设阻尼贴片技术设计，有效的降低了车内噪声[1];赵伟丰搭建时域弱耦合传递路径分析模型，利用路径贡献量识别技术，识别出后纵臂为车内噪声的主要传递路径，最后通过优化后纵臂衬套刚度，高效的解决了车内路噪问题[2];赵春针对某SUV在粗糙路面行驶时车内噪声偏大的问题，实车采集车辆轮心载荷并建立整车有限元模型，主要对200Hz以内的低频噪声进行相关优化，使车内噪声值达到目标要求[3];国家汽车质量监督检验中心严辉利用传递路径的手段，通過优化前围及前风挡玻璃支撑刚度，有效的解决了高转速工况下的车内轰鸣问题[4]。

本文主要针对整车开发后期，在开发模具及工艺已经完全确定的状态下，在不增加开发成本及保证轻量化的前提下，利用等效辐射声功率技术手段，降低车内的中低频噪声。首先利用等效辐射声功率技术，在Trim Body的连接硬点处，施加单位力的激励，进行强迫模态频率响应分析，确定车前围板、前地板、后地板、轮罩及顶盖等位置的声功率较大的位置，并在相应的位置铺设阻尼贴片，并完成声功率的计算及噪声传递函数计算，分析结果表明：在100-300Hz及300-400Hz范围内，等效辐射声功率（ERP）及噪声传递函数（NTF）值都有较大的降低。

1    辐射声功率的基本理论

1.1   平板结构的辐射声功率基本理论

下面以一平板结构进行基本理论描述，平板在外界激励下，板件产生法向振动位移    ，板件的振动速度为     ，具体的辐射声功率公式如下[5]：

1.2   平板结构的辐射声功率计算

下面以一简单平板结构为例，分析其在加筋以及铺设阻尼贴片两种方案的辐射声功率变化情况，板的长为100mm，宽为100mm，板厚为0.8mm，四个边角进行固定，在一边施加1N的单位法向力，图1、2、3分别为原方案，起筋方案以及铺设阻尼贴片方案，具体方案如下：

图4为原状态、起筋及铺设阻尼贴片方案辐射声功率对比从对比结果可以得出：起筋和铺设阻尼贴片都能有效的降低板件的辐射声功率，但两者在原理上却有所不同。起筋为增加了板件的刚度从而提升和改变结构的固有频率，降低了板件的法向振动速度，从而降低了板件的辐射声功率，铺设阻尼贴片是通过附加阻尼，降低在共振频率处的峰值，从而降低了板件的辐射声功率。

所以在工程上，通过加加强筋以及铺设阻尼贴片都能有效的降低结构的辐射声功率，本文主要是在考虑整车开发后期，结构模具已经开发完毕的情况下，铺设阻尼贴片是目前比较有效的方法。

2    带内外饰车身（TB）的分析模型

带内饰车身具体是指整车去除动力系统、传动系统，只留下白车身、挡风玻璃、前后车门、机舱盖、尾门、仪表板、前后翼子板、左右侧围、动力电池和转向系统等部分组成的车身。图5为某SUV模型。

2.1   TB车身的辐射声功率计算

2.1.1 TB车身连接硬点描述

由于主要分析整车在匀速车速行驶时的车内噪声，所以计算辐射声功率的加载点为：1001-左前摆臂安装点;1002-前摆臂右前安装点;1003-前摆臂左后安装点;1004-前摆臂右后安装点;1005-左前减振器座;1006-右前减振器座;1007-左后拖曳臂安装点;1008-右后拖曳臂安装点;1009-左后弹簧安装点;1010-右后弹簧安装点;1011-左后减振器安装点;1012-右后减振器安装点，并未考虑动力总成激励点以及排气挂钩安装点等。主要原因是大量的实车测试结果显示，匀速工况下，前后摆臂及前后悬安装点对车内噪声起主要贡献作用。

2.1.2 激励点载荷获得

开发车型目前还没有量产，根据对前期的杂合车进行道路测试，车速为60Km/h，普通的水泥路面，在前后减振器座及后弹簧座布置加速度传感器，测试的加速度数据如图7：

通过对市场上开发的车型进行对标及经验积累，本论文主要考虑在前围板、前地板、后地板、中通道、左右轮罩以及顶盖铺设阻尼贴片，所以这里也主要计算这几个部件的辐射声功率，这里将杂合车连接硬点的振动加速度作为激励载荷，同时考虑相位信息，计算频率范围为50-400Hz，计算步长为1Hz，计算完之后，再对辐射声功率进行线性叠加，叠加的结果如下图8：

图8中，红色区域为辐射声功率较大的区域位置，该区域在路面激励下，较为容易产生较大的辐射噪声，从而影响到驾驶员及乘客的舒适性。

2.2   TB车身的阻尼贴片的位置确定

根据图8的分析结果，下面别对前围板、前地板、中通道、后地板、后轮罩及顶盖的阻尼贴片进行位置的确定，具体分析如下：

（1）在加载点的强迫模态频率响应作用下，前围板辐射声功率较大的区域主要分布在前围板中间及两侧区域，针对此区域铺设了4处厚度为3mm的阻尼贴片，具体区域见图9：

（2）前地板与中通道为一整体，面积较大，在外界激励下，很容易产生辐射噪声，所以在产品开发前期，一般要求前地板一阶固有频率至少控制在70Hz以上，前地板射声功率较大的区域主要集中在驾驶员及副驾驶员脚踩踏处，中通道主要集中在靠中通道前端部分，地板后端区域分布较为分散，针对此区域铺设了9处厚度为3mm的阻尼贴片，具体区域见图10：

（3）后地板与前地板同样是较大的薄板结构，一般要求此处的模态控制在70Hz以上，同时也要避开声腔的一阶Z向模态，从而防止产生轰鸣而影响到乘客的乘坐舒适性。后地板的辐射声功率主要集中在后排座椅下面及后地板尾部，正对此区域铺设了2处厚度为3mm的阻尼贴片，具体区域见图11：

（4）后轮罩结构较小，一般刚度及模态都比较高，理论上可以考虑不铺设阻尼贴片，但参考竞品车型以及考虑到后轮的胎噪，这里在辐射声功率较为集中的位置左右各铺设了1块3mm的阻尼贴片，来提升乘客的乘坐舒适性，具体的区域见图12：

（5）顶盖作为整车里面最大的板件结构，同时也是外观结构，很难进行起筋或者其它的结构优化，一般设计时主要在下面增加顶盖横梁，增加顶盖的刚度，但在电动车开发过程中，增加顶盖横梁意味着增加开发成本以及整车重量，在电动车开发过程中，铺设阻尼贴片能很好的解决轻量化及声辐射问题。本论文中頂盖辐射声功率较大的位置主要集中在靠近前顶横梁及后顶盖横梁两个位置，所以这里铺设了4处厚度为3mm的阻尼贴片，具体的区域见图13：

3    优化结果对比

通过分析结果，车身总共铺设了22块大小不一的阻尼贴片，对铺设阻尼贴片的TRIM Body进行辐射声功率和噪声传递函数分析（NTF），具体的分析结果如下：

3.1   声功率结果对比

图14为有无阻尼贴片对辐射声功率的影响结果，通过曲线对比可以得出如下结论：

（1）在100-200Hz的频率范围之内，铺设阻尼贴片在104Hz、125Hz、142Hz、160Hz以及183Hz这几个峰值，能有效的降低车身的辐射声功率值1-2dB（A）。

（2）在200-400Hz整个宽频带之间，车身辐射声功率最大能降低4dB（A），最小能降低1dB（A）左右，效果比较明显。

（3）铺设阻尼贴片能有效的降低低频及中频的辐射声功率幅值，对中频的较宽频段降低辐射声功率能起了一个很好的抑制作用。

3.2   噪声传递函数（NTF）结果对比

噪声传递函数作为考查底盘硬点在单位激励力下，车内驾驶员及乘客人耳处对声音的灵敏程度的一个重要的考量指标，控制好噪声传递函数的幅值，就能够有效的控制路噪，这里重点分析铺设阻尼贴片对NTF的影响。由于整车硬点数量比较多，同时考虑到车身结构基本上左右对称的情况，这里只考虑左侧硬点的NTF结果，具体的分析结论如下：

（1）图15、16为摆臂安装点到车内的噪声传递函数结果，摆臂作为车轮与车身的连接件，提升该处的NTF性能能够有效的优化车内噪声，在100-150Hz、200-250Hz及325-400Hz范围内，NTF幅值能够有效的降低3-4dB。

（2）图17为前减振器总成安装点到车内的噪声传递函数结果，在100-150Hz及180-400Hz整个区间范围内，铺设阻尼贴片的方案较无贴片的方案整体NTF幅值都有较为明显的性能提升，降低幅值最大能达到10dB左右，效果较为明显。

（3）图18、19为后弹簧座及后阻尼器安装点到车内的噪声传递函数结果，在120Hz及220Hz左右，铺设阻尼贴片较无阻尼片方案有将近2dB左右的降低，在300-400Hz之间，也有1-3dB的降低。

（4）图20为后拖曳臂安装点到车内的噪声传递函数结果，在120Hz左右，铺设阻尼贴片较无阻尼片方案有将近2dB左右的降低，在200-260Hz之间，也有1-7dB的降低，整體效果相当明显。

4    结论

本文以某SUV汽车为分析对象，利用辐射声功率理论，以前围板、前地板、后地板、后轮罩及顶盖作为铺设阻尼贴片的对象，结合分析结果，针对性的在这些对象的具体位置合理的布置阻尼贴片，形成了可实现的，基于单位力激励的噪声的优化流程，同时以辐射声功率及噪声传递函数作为评价，并有相应结论如下：

（1）针对简单的平板结构，利用辐射声功率理论，铺设阻尼贴片能够有效的降低结构的辐射声功率。

（2）利用辐射声功率理论，可以快速的识别出车身结构潜在的铺设阻尼贴片的位置及大小，大大提升了优化的工作效率。

（3）在前围板、前地板、后地板、后轮罩及顶盖合理的铺设阻尼贴片，能有效的降低低频及中频的辐射声功率幅值。

（4）在前围板、前地板、后地板、后轮罩及顶盖合理的铺设阻尼贴片，能有效的降低低频及中频的噪声传递函数幅值。

参考文献：

[1]刘厚林，郭海洋，唐勇军.不锈钢城轨车辆薄板结构辐射声功率优化分析[J].电力机车与城轨车辆2011（01）：9-24.

[2]赵伟丰，王文彬，周浩东.车内低频噪声问题的分析与控制[J].噪声与振动控制，2019（03）：142-146.

[3]赵春，邢玉涛，王弘岩. 路面激励下车内噪声改善方法[J]. 汽车电器，2018（07）：30-33.

[4]严辉，宋飞，王成，陈林. 基于传递路径的车内轰鸣声解析与优化[J].汽车科技，2017（04）：30-34.

[5]孙勇敢，黎胜，包振明.弹性边界条件下弹性基础加筋板声辐射特性研究[J].噪声与振动控制，2019（01）：16-23.